集成化△M编译码系统

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学 号：指导老师：

电子081 李春猛 20084470116 陈和

目录

一、实验目的 .................................................................3

二、实验内容...................................................................3

三、基本原理...................................................................3

四、实验仪器...................................................................9

五、实验内容...................................................................9

六、实验心得体会.........................................................15

一、实验目的

1、了解语音信号的ΔM编码过程； 2、验证ΔM的编译码原理；

3、粗略了解ΔM编译码专用集成电路的基本工作原理、外部电路设计原则和一般使用方法； 4、了解语音信号数字化技术的主要指标，学习指标的测试方法。 二、实验内容

1、观察测量△M编译码过程中的各种时隙信号 2、观察限带滤波、本地译码、编码、译码和平滑等波形

3、对系统性能指标进行测试和分析

（1）过载特性的测量：在不同频率、不同信号幅度情况下分别测量

（2）系统输出信噪比特性测量

（3）编码动态范围和系统动态范围测量 （4）空载噪声测量 （5）系统幅频特性测量 三、基本原理

1、系统组成与电路原理

系统组成的方框图如图所示，它是由定时部分、△M编译码器及收、发运放电容滤波器组成的。 发发定时滤波器编码器信道译码器收定时收滤波器语音信号语音信号

2、电路原理 MC3418简介

MC3418是MOTOLOLA公司生产的通信专用集成电路，它是数字检测音节压扩增量编译码器。它由模拟输入放大器、数字输入运算放大器、电压/电流转换运算放大器、极性开关、工作选择开关和数字检测(移位寄存器和逻辑电路)等部分构成的。 第15脚的工作电平可以控制该片工作于编码状态或译码状态：当第15脚接高电平(VCC/2)时，该片做编码器用；当第15脚接低电平(地)时，该片做译码器用。

121312910 15 模拟 运放- 1 + - 2 + VTH数字运放 vcc/2

调制/解调选择14时钟16VCC电源+4位移位寄存器8VEE电源-逻辑11脉冲-+34控制电压-+极性开关Iint5634Io控制电流7当单片作为编码器使用时，15脚接高电平，这时工作开关使模拟运放与移位寄存器接通。模拟信号由1脚输入，本地译码信号由2脚输入，运算放大器对它们进行比较并将差值放大。运算放大器输出经电平转换给出数字信码。

在14脚输入的时钟后沿时刻，运算放大器输出的结

果进入移位寄存器。这一结果也同时接到9脚和极性开关，前者作为数字码输出，后者用来控制流入积分器的电流的极性，积分运算放大器与外接的RC网络构成积分器，受极性开关控制的电流在此积分后累加形成本地译码信号。

四级移位寄存器和逻辑电路完成检测功能。当有四个连“1”或连“0”码出现时，从11脚输出一个负极性的一致脉冲，一致脉冲经外接音节滤波器平滑之后得到量阶控制电压，此电压反映了前一段时间内模拟输入信号的平均斜率。

量阶控制电压加到第3脚。由内部V/I转换电路决定4脚的电压随3脚的电压变化。当4脚通过外接电阻连接到某一固定电位上，则流入4脚的电流就随3脚的控制电压变化，从而将控制电压的变化转换为控制电流的变化。V/I转换器的输出电流与4脚的输入电流相等。此电流经极性开关送到积分器，因此，积分量阶的大小就随着输入模拟信号的平均斜率而变化。这样就形成了数字检测音节的压扩过程。 在作译码器应用时，第15脚通过一只10KΩ电阻接地，这时数字运算放大器与移位寄存器接通。信码由13脚输入与12脚的阀电平比较，然后经运算放大器整形后送到移位寄存器，经再定时的信码从9脚输出。

其后的工作过程则与编码器一样，只是译码信号不再送回第2脚而是送往接收低通滤波器。 单积分电路

MC3418内部仅有积分运算放大器，为完成本地译码过程，需要外接一个网络。用户可以根据自己的需要用外接RC网络接成单积分、双积分、△－∑等电路。本实验给出一种单积分电路的实例。 积分电路对应的控制电流压缩比应达到258，相当于49dB。最大与最小控制电流分别由4脚外接电阻Rx和Rmin决定。 MC3418

74+-56 CR 积分运算放大器的输入阻抗很高，从极性开关的量阶控制电流几乎全部进入电阻R和电容C。网络的阻

抗传递函数可以写成：

H(s)=(V(s))/(I(s))=-(1/((1/R)+SC)) 经整理后得到

-(V(s))/(I(s))=(I/C)/(S+1/(RC))=K/(S+WO ) (1) 其中K=1/C，WO=1/(RC)。

一般认为是300Hz。当R＝10KΩ，C=0.1μf时，f0 ＝159Hz。

将式(1)写成时域形式

-I=V/R+C(dv)/dt （2）

有关资料指出编码器约在+12dBm(f=1000Hz)处为临界过载，另外，输入信号的最大幅度为4.36V，这时流过积分器的最大电流为

Imax≈Icmax＝C(dv)/dt＝0.1×10-6 ×2π×1000×4.36

≈2.7mA

另一方面，由编码器要求的最小量阶电压可求出当采样率fS =32KHz时，最小控制电流应为 Imin≈9.6μA

V/I 转换 MC3418

VCC/211RPRS音节平滑滤波器CS-+34RXRVCC音节平滑滤波器

MC3418只具有数字检测功能，为实现压扩作用还需要一外接网络。用户可根据需要接成线性压扩、非线性压扩、复杂推迟压扩等各种形式。本实验只列举一种非线性音节平滑滤波器。

音节平滑滤波器是一个简单的RC滤波电路，电路形式如图所示。集成片MC3418的数字检测器连码一致脉冲信号是由一个集电极开路的晶体管从11脚输出的。所以需要一个外接的集电极负载电阻当晶

体管导通时，电容器CS通过电阻RS充电；当晶体管截止时，电容器CS通过电阻RP放电。充电时间常数 τ＝CS(RS+RP)。

设G为一致脉冲在一个音节时间内占空比的统计值。设第3脚电位为VS，11脚电位为V0，当G值一定时，电路应维持充放电电荷相等。设充电时间为GT，放电时间为(1-G)T，因此有 ((VS-V0)/RS)GT＝

((VCC/2-VS)/(RS+RP)(1-G)T （3）

令D=RP/RS，则有 （4）

其中，VO为晶体管饱和压降，约为0.12V。 音节控制电压为电容CS两端的电压，设它为VCS，因此有

VCS=VCC/2-VS 即

VCS=VCC/2-((1-D)VOG+(VCC/2)(1-G))/(1+DG) （5）

由式(5)可以看出，当RP>>Rs，即D≈0时有

Vcs≈(Vcc/2-Vo)G

VS=((1+D)V0G+(VCC/2)(1-G)/(1+DG)

（6）

这时控制电压与G 成线性关系。 将Vo=0.12V，(Vcc/2)＝6V代入上式，得 （7）

当D＝0，控制电压V与G成非线性关系。设D=3，得

VCS（V） Vcs1≈5.98G

Vcs2=(23.52G)/(1+3G) （8） 6

4200.20.421线性关系0.60.81.0G上图给出VCS1和VCS2与C的关系曲线，曲线VCS2的斜率大于曲线VCS1的斜率，这就意味着VCS2的压扩特性更接近于理想特性。

语音音节包络的变化范围约为5ms到20ms。取τ1＝5ms，τ2＝20ms，这时 τ2/τ1=4 ∵ τ2/τ1=(CS(RS+RP))/(CSRS)=1+D ∴ D=3

选CS=0.33μF，则RS＝15.15KΩ，RP=15.15KΩ，取RS=15KΩ，RP=47KΩ得D≈3.13。 在临界过载时，G达到最小值。对正弦信号可得G＝0.436，这时控制电压Vcs的最大值约为(计算从略) Vmax≈4.48V

此值决定了限流电阻Rx≈1.5KΩ。 定时电路

MC3418编译码器所需的定时脉冲均由定时部分提供，为模拟一个实际的时分多路系统的工作状态，定时部分可给出2048KHz及8路32KHz的定时，定时部分的时间关系如图3-9所示。为确保收、发同步，本实验系统的编码和译码部分公用一个定时源，这是有别于实际情况的。 G2A G1 A B

C

Y0

512KHZ256KHZ128KHZKHZ32KHZY1

四、实验仪器

双踪同步示波器 ≥20MHz 1台

直流稳压电源 +5V -5V +12V 1台 低频信号发生器 输出频率范围满足50Hz-8KHz

输出电压范围满足0--5V（峰峰值）1台 失真度测试仪 QZ4121测量频率范围满足50Hz-8KHz

测量信噪比范围0-- -50dB 1台 杂音计 HF5151A 1台 △M实验箱 1台

数字频率计 测量频率范围50Hz—10MHz 1台 万用表 1台

五、实验内容 (一)、 时钟部分

主振频率为4096KHz，经分频后得到2048KHz的定时，再经分频分相后得到8路32KHz的定时。用示波器在测试点(1)点观察主振波形，用频率计测量其频率。在(2)、(3)、(4)观察并测量2048KHz和32KHz定时信号。 (二)、 发送滤波器

在(5)输入频率为1KHz、幅度为2Vp-p的音频信号。在(5)观察输入信号，在(6)观察经发送滤波器的输

出信号，记下它们的幅度和波形。

(三)、 △M编码器

在(6)观察经发送滤波器限带后输入编码器的音频信号，在(7)观察本地译码信号。在(8)观察编码输出的数字信号(幅度约为10Vp-p)。以音频信号作为同步信号，观察信码的变化规律。对应正弦波过零处应有连“0”或联“1”码型出现；对应正弦波的波峰和波谷处应有“0”、“1”交替码型出现。

(四)、 △M译码器

用短线连接(8)—(9)，即将编码信号送入译码器。在(9)观察输入译码器的编码信号，在(10)观察译码器输出的有锯齿的模拟信号，并记录波形。

(五)、 接收滤波器

在(10)观察滤波器的输入信号。在(11)观察译码器输出的有锯齿的模拟信号经滤波器输出的模拟信号。记下它们的波形和幅度。

(六)、 系统性能测试

系统性能有三项指标：动态范围、信噪比和频率特性。

1、动态范围

在满足一定信噪比(S/N)条件下，编译码系统所对应于800Hz(或1000Hz)音频信号的幅度范围定义为动

态范围。动态范围应大于电子工业部1982年暂定的标准框架(样板值)。图示给出了这个样板。

音频可变 编码器发生器衰减器

失真仪杂音计译码器示波器在原理部分已经提到，△M编译码器允许输入信号的最大幅度为4.36V。为了确保器件的安全使用，本实验在进行动态范围这一指标测试时，不再对输入信号的临界过载进行验证。取输入信号的最大幅度为5Vp-p(注意：信号要由小至大调节)，测出此时的S/N值。然后以10dB间隔衰减输入信号，将测试数据填入下表。

2、信噪比特性

在上一项测试中选择出最佳编码电平(S/N最高，推荐为2Vp-p)。在此电平下测试不同频率下的信噪比值。频率选择在500Hz/1KHz/2KHz/3KHz,将测试数据填入下表。

3、频率特性

选一合适的输入电平(Vin=2VP-P)，改变输入信号的频率，频率范围从500Hz到3000Hz。在(TP11)用示波器测量译码输出信号的电压值,数据填入下表。

六、实验心得体会

刚开始做这个实验和写实验报告的时候，我不知道从何下

手。后面认真看了课本和老师给的实验指导书，才有所思路，通过实验，我明白了要学习原理，主要还是要靠自己钻研出来。其实知识是要适应社会发展，我们要学会的不仅是现在的知识，更重要的是以后我们在短时间内如何获得我们所要的知识。